IO接口的功能

pc机中io接口用于连接在计算机系统中，输入/输出（Input/Output，简称I/O）是指计算机与外部设备之间进行数据交换的过程。

而在PC机中，I/O接口就是用于连接计算机主机与外部设备之间的硬件接口。

本文将以PC机中的I/O接口为主题，介绍其作用和常见的接口类型。

一、什么是PC机中的I/O接口在PC机中，I/O接口是计算机主机与外围设备之间进行通信的枢纽。

通过I/O接口，计算机可以将数据发送给外部设备，或者从外部设备接收数据。

它实质上是通过电信号的方式将计算机内部的电信号与外部设备连接起来。

二、PC机中常见的I/O接口类型及其作用1. 串口（Serial Port）串口是一种用于串行通信的接口，它通过一根信号线将数据逐位地传输给外部设备。

串口接口通常用于连接打印机、调制解调器、条码扫描器等设备。

2. 并口（Parallel Port）并口是一种用于并行通信的接口，它能同时传输多个位的数据。

并口接口通常用于连接打印机、扫描仪等需要高速数据传输的设备。

3. USB接口（Universal Serial Bus）USB接口是目前应用最广泛的接口类型之一。

它可以连接多种外部设备，包括鼠标、键盘、摄像头、移动存储设备等。

USB接口的优势在于方便插拔和高速数据传输。

4. 网络接口（Network Interface Controller，NIC）网络接口是用于连接计算机与局域网或互联网的接口。

通过网络接口，计算机可以实现与其他计算机的通信和数据传输，实现Internet上的各种功能。

5. 显卡接口（Graphics Card Interface）显卡接口是用于连接计算机主机与显示器的接口。

通过显卡接口，计算机可以将图形信号发送给显示器，并实现图像的显示。

6. 声卡接口（Sound Card Interface）声卡接口是用于连接计算机主机与音频设备的接口。

通过声卡接口，计算机可以实现音频信号的输入和输出，实现音频的播放和录制功能。

计算机组成原理——IO接⼝以及IO设备数据传送控制⽅式接⼝可以看作是两个部件之间交接的部分。

硬件与硬件之间有接⼝，硬件与软件之间有接⼝，软件与软件之间也有接⼝。

这⾥我们所说的I/O接⼝，⼀边连接着主机，⼀边连接着外设。

I/O接⼝的功能I/O接⼝的基本结构CPU和外设之间通常传递的信息：数据、状态、控制。

组成:寄存器组、控制逻辑电路、主机与接⼝和接⼝与I/O设备之间的信号联接线、数据地址线、控制状态信号线。

其实中间红框内的部分就是对应到电路板上的插⼝，⼜分为内部接⼝和外部接⼝两种。

内部接⼝：与系统总线相连，实质上是与内存、CPU相连。

数据的传输⽅式也只能是并⾏传输。

外部接⼝：通过接⼝电缆与外设相连，外部接⼝的数据传输可能是串⾏⽅式，因此I/O接⼝需具有串并转换功能。

接⼝与端⼝接⼝就是I/O接⼝，端⼝实质接⼝电路中可以被CPU访问的寄存器。

I/O端⼝及其编址为了便于CPU对I/O设备进⾏寻址和选择，必须给众多的I/O设备进⾏编址，也就是说给每⼀台设备规定⼀些地址码，称之为设备号或端⼝地址。

统⼀编址：与存储器共⽤地址，⽤访存指令访问I/O设备。

独⽴编址：单独使⽤⼀套地址，有专门的I/O指令。

接⼝类型I/O设备数据传送控制⽅式1.程序直接控制传送⽅式⼜叫查询⽅式。

是完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。

通常的办法是在⽤户的程序中安排⼀段由输⼊输出指令和其他指令所组成的程序段直接控制外围设备的⼯作。

也就是说CPU要不断地查询外围设备的⼯作状态，⼀旦外围设备“准备好”或“不忙”，即可进⾏数据的传送。

该⽅法是主机与外设之间进⾏数据交换的最简单、最基本的控制⽅法。

⽆条件传送：只有在外设总处于准备好状态程序查询⽅式优点：较好协调主机与外设之间的时间差异，所⽤硬件少。

缺点：主机与外设只能串⾏⼯作，主机⼀个时间段只能与⼀个外设进⾏通讯，CPU效率低。

程序查询⽅式接⼝结构：⼀次只能查询⼀个字的原因？在这种传送⽅式下，外部数据是要存到CPU寄存器中的，故需要⼀个字。

1第四部分输入/输出系统的选择、应用2主要内容：输入/输出接口电路的基本概念 输入/输出端口的编址方式和特点CPU 与外设之间传输数据的几种控制方式的优缺点、适用场合。

各类芯片的特点、功能34.1 基本概念4.1.1 I/O 接口的功能4.1.2 基本组成454.1.1 I/O 接口的功能什么是I/O接口？把外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。

实现外设与主机之间的信息交换。

计算机与外部设备通信时存在的问题速度不匹配信号电平不匹配 信号格式不匹配时序不匹配I/O 接口的功能设置缓冲信号电平转换 格式转换 时序控制地址译码I/O 接口作用：提供数据缓冲，完成信息格式的相容性变换，管理数据的传送，地址译码，设备选择64.1.2 基本组成接口电路的基本结构数据线控制线状态线DBCBAB数据输入寄存器（or 三态门）数据输出寄存器（锁存器）状态寄存器（or 三态门）命令寄存器译码电路控制逻辑接外设接主机74.1.2 基本组成1.数据输入/输出寄存器——暂存输入/输出的数据输入：数据总线连接所有外设，只有此设备此刻需要时才打开，平时关闭——三态门输出：输出数据的脉冲很短，外设来不及读（没准备好），放在锁存器中，让外设准备好，瞬间输出。

——锁存器2.命令寄存器——存放控制命令，用来设定接口功能、工作参数和工作方式。

3.状态寄存器——保存外设当前状态，以供CPU 读取。

84.2 CPU 与I/O 的数据信号4.2.1 数据信息 4.2.2 状态信息4.2.3 控制信息C P UABDB IO/M WR RD接口数据状态控制外部设备94.2.1 数据信息1.数字量:二进制形式的数据键盘→主机，主机→打印机，主机→CRT2.模拟量：电压或电流A/D 模拟→数字: 0~5 V →00~FFD/A 数字→模拟：00~FF →0~5 V3.开关量：“开”、“闭”0 →关（电机）1 →开（电机）4.脉冲量：计数脉冲、定时脉冲或控制脉冲104.2.2 状态信息1.Ready 准备，输入数据Ready=1 输入数据，准备就绪Ready=0 输入数据，没准备就绪2.Busy 输出设备，忙Busy=1 忙，没空接收数据Busy=0 不忙，有空接收数据114.2.3 控制信息OUT 、IN微机外设外设微机OUT IN 输出输入124.3 I/O 端口的寻址方法寻址方法的选择：一般根据所使用的芯片确定。

单片机IO口介绍单片机（microcontroller）是一种集成电路芯片，具有运算、存储和控制功能。

它是嵌入式系统中最常用的处理器之一、在单片机中，IO （Input/Output）口是用来进行输入输出操作的接口。

IO口通常包括数字IO口和模拟IO口两种类型。

下面将详细介绍单片机IO口的功能和应用。

1.数字IO口：数字IO口是单片机与外部设备进行数字信号交换的接口。

数字IO口可以进行输入和输出操作，具有以下特点：-输入功能：可以通过读取外部设备的状态或信号，并将其转换为数字信号输入到单片机中进行处理。

例如，传感器的信号输入和按键的输入等。

-输出功能：可以通过将数字信号输出到外部设备，控制其工作状态。

例如，LED的控制、驱动电机或继电器等。

数字IO口通常以引脚（pin）的形式存在于单片机芯片上。

一个引脚包括输入端和输出端，可以根据需要进行配置。

数字IO口操作简单、速度快、精度高，常用于控制和通信等方面。

2.模拟IO口：模拟IO口是单片机与外部设备进行模拟信号交换的接口。

模拟IO口可以进行模拟输入和输出操作，常用于采集和控制模拟信号。

-模拟输入功能：可以从外部信号源中获取模拟信号，并将其转换为数字信号输入到单片机中进行处理。

例如，温度传感器、声音传感器等。

-模拟输出功能：可以将数字信号转换为模拟电压、电流等形式，输出到外部设备中。

例如，通过PWM（脉冲宽度调制）信号控制电机的转速。

模拟IO口通常通过ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）实现。

ADC将模拟信号转换为数字信号，DAC将数字信号转换为模拟信号。

模拟IO口的使用相对复杂，需要进行模数转换和数模转换，但在一些需要对模拟信号进行处理和控制的应用中起到关键作用。

3.应用场景：IO口在单片机系统中广泛应用于各种应用场景。

以下是一些常见的应用场景：-传感器接口：通过IO口连接传感器，读取传感器的输出信号，进行数据采集和处理。

例如温度、湿度、光照等传感器的接口。

I/O接口的功能
由于计算机的外围设备品种繁多，几乎都采用了机电传动设备，因此，CPU在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题：速度不匹配:I/O设备的工作速度要比CPU慢许多，而且由于种类的不同，他们之间的速度差异也很大，例如硬盘的传输速度就要比打印机快出很多。

时序不匹配:各个I/O设备都有自己的定时控制电路，以自己的速度传输数据，无法与CPU的时序取得统一。

信息格式不匹配:不同的I/O设备存储和处理信息的格式不同，例如可以分为串行和并行两种；也可以分为二进制格式、ACSII编码和BCD编码等。

信息类型不匹配:不同I／O设备采用的信号类型不同，有些是数字信号，而有些是模拟信号，因此所采用的处理方式也不同。

基于以上原因，CPU与外设之间的数据交换必须通过接口来完成，通常接口有以下一些功能：
1）设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设之间的速度差异，接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输；
2）能够进行信息格式的转换，例如串行和并行的转换；
3）能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数／模或模／数转换器等；
4）协调时序差异；
5）地址译码和设备选择功能；
6）设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。

IO口工作原理
IO口是Input/Output口的简称，它是计算机与外部设备进行通信的接口。

IO口的工作原理是通过发送和接收电信号来实现数据的输入和输出。

对于输入操作，当外部设备需要将数据输入到计算机时，它会发送一个电信号到计算机的IO口。

计算机通过IO口接收到电信号后，会将其转换成数字信号，然后传递给相应的输入设备驱动程序进行处理和解析。

最终，输入设备驱动程序会将数据传递给操作系统，供应用程序进行处理和使用。

对于输出操作，当计算机需要将数据输出到外部设备时，它会将数字信号传递给相应的输出设备驱动程序。

输出设备驱动程序会将数字信号转换成相应的电信号，并通过IO口发送到外部设备上。

外部设备接收到电信号后，会进行相应的处理，从而实现数据的输出。

IO口的工作原理实质上是通过控制和传递电信号来实现数据输入和输出。

计算机通过IO口与外部设备进行通信，从而实现数据的交互和传输。

这样，用户就可以通过外部设备与计算机进行交互，实现各种功能和操作。

IO接口的作用I/O接口的作用主机与外界交换信息称为输入／输出（I/O）。

主机与外界的信息交换是通过输入/输出设备进行的。

一般的输入/输出设备都是机械的或机电相结合的产物，比如常规的外设有键盘、显示器、打印机、扫描仪、磁盘机、鼠标器等，它们相对于高速的中央处理器来说，速度要慢得多。

此外，不同外设的信号形式、数据格式也各不相同。

因此，外部设备不能与CPU直接相连，需要通过相应的电路来完成它们之间的速度匹配、信号转换，并完成某些控制功能。

通常把介于主机和外设之间的一种缓冲电路称为I/O接口电路，简称I/O接口(Interface)，如图7.1所示。

对于主机，I/O接口提供了外部设备的工作状态及数据；对于外部设备，I/O接口记忆了主机送给外设的一切命令和数据，从而使主机与外设之间协调一致地工作。

对于微型计算机来说，设计微处理器CPU时，并不设计它与外设之间的接口部分，而是将输入/输出设备的接口电路设计成相对独立的部件，通过它们将各种类型的外设与CPU连接起来构成完整的微型计算机硬件系统。

所以，一台微型计算机的输入／输出系统应该包括I/O接口、I/O设备及相关的控制软件。

一个微机系统的综合处理能力、系统的可靠性、兼容性、性能价格比、甚至在某个场合能否使用都和I/O系统有着密切的关系。

输入/输出系统是计算机系统的重要组成部分之一，任何一台高性能计算机，如果没有高质量的输入/输出系统与之配合工作，计算机的高性能便无法发挥出来。

7.1.2 CPU与外设交换的信息主机与I/O设备之间交换的信息可分为数据信息、状态信息和控制信息三类。

一．数据信息数据信息又分为数字量、模拟量和开关量三种形式。

1．数字量数字量是计算机可以直接发送、接收和处理的数据。

例如由键盘、显示器、打印机及磁盘等I/O外设与 CPU交换的信息，它们是以二进制形式表示的数或以ASCII码表示的数符。

2．模拟量当计算机应用于控制系统中时，输入的信息一般为来自现场的连续变化的物理量，如温度、压力、流量、位移、湿度等，这些物理量通过传感器并经放大处理得到模拟电压或电流，这些模拟量必需先经过模拟量向数字量的转换（A／D转换）后才能输入计算机。